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WO1994008180A1 - Verfahren und anordnung zur energienutzung von rauchgasen in kohlegefeuerten kraftwerken - Google Patents

Verfahren und anordnung zur energienutzung von rauchgasen in kohlegefeuerten kraftwerken Download PDF

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WO1994008180A1
WO1994008180A1 PCT/EP1993/002685 EP9302685W WO9408180A1 WO 1994008180 A1 WO1994008180 A1 WO 1994008180A1 EP 9302685 W EP9302685 W EP 9302685W WO 9408180 A1 WO9408180 A1 WO 9408180A1
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WO
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flue gas
acid
heat exchanger
scrubber
flue
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PCT/EP1993/002685
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English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd Krödel
Bernhard Hinze
Original Assignee
Veag Vereinigte Energiewerke Ag
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Publication date
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
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    • B01D53/48—Sulfur compounds
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    • B01D53/501—Sulfur oxides by treating the gases with a solution or a suspension of an alkali or earth-alkali or ammonium compound
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    • B01D53/50—Sulfur oxides
    • B01D53/507—Sulfur oxides by treating the gases with other liquids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/02—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material
    • F23J15/04—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of purifiers, e.g. for removing noxious material using washing fluids
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for the use of energy from flue gases in coal-fired power plants, the flue gases being cleaned in a flue gas scrubber and discharged into a cooling tower.
  • a device for shifting energy for a desulfurization system in which a heat exchanger is incorporated in the flue gas stream upstream of the scrubber, which is connected by a positively guided fluidized heat transfer medium to a further heat exchanger incorporated in the clean gas flow behind the scrubber, in the sense of a fluid exchanger, in which Flue gas flow between a heat exchanger and the scrubber as well as in the clean gas flow between the scrubber and another heat exchanger, a heat exchanger operating at a lower temperature level with hoses or pipes made of a corrosion-resistant and anti-adhesive plastic and all gas-wetted parts of the low-temperature heat exchanger with a corrosion-resistant anti-adhesive is integrated Plastic covered or coated (DE-PS 34 19 735).
  • the acid-proof heat exchangers made of "Teflon" tube bundles are arranged in the flue gas duct in front of the scrubber. Flue gas cooling is only carried out up to 130 ° C, which is why the flue gas must still be quenched before the SO2 integration in the scrubber. A deliberate change in the water balance of the washer is not achieved.
  • Flue gas cooling implemented in the acid dew point area but the possibilities of simplifying the system are not used.
  • a method for using the excess heat in the flue gas which is not required for the operation of a flue gas desulfurization system and which is fed to an air preheater and an electrostatic precipitator in front of the desulfurization system, the air preheating being divided into two air preheaters which are arranged upstream or downstream of the electrostatic filter in the main flue gas stream and that a partial flow of the flue gas corresponding to the excess heat is branched off before each air preheater for steam generation.
  • low-pressure steam is generated with the supply of the low-pressure steam in a separate saturated steam tuxbine.
  • the process has a very large additional system scope.
  • the invention has for its object to use the energy content of flue gases from coal-fired power plants in and below the acid dew point range.
  • the flue gas cooling takes place continuously up to the most favorable range for SO2 integration from ⁇ 180 ° C to> 50 ° C, preferably 60 ° C.
  • the heat exchanger is discontinuously cleaned of acid-ash contamination with the suspension, which is also used for flue gas scrubbing.
  • the heat energy extracted from the flue gas is used for preheating combustion air and / or machine condensate and / or feed water by means of heat displacement in the power plant process.
  • the arrangement according to the invention is characterized in that the acid-proof heat exchanger known per se and provided with a cleaning system is arranged in the flue gas inlet area of the scrubber via a combined scrubber sump, which also serves as an acid collecting pan.
  • This arrangement means that the flue gas cooler as an acid-proof heat exchanger and the flue gas scrubber form a unit in terms of plant technology.
  • This system-technical unit helps to shorten the entire smoke gas tract and thus to reduce the enclosed space.
  • the efficiency of power generation is further increased.
  • the application according to the invention achieves a significant reduction in the water requirement in the flue gas scrubber, since an additional quenching is wholly or partly dispensed with. It is no longer necessary to reheat the cooled flue gases after the flue gas scrubber by introducing them into the cooling tower.
  • the flue gas scrubber 1 has the flue gas inlet 2 with the extension 4 in its lower region.
  • the extension 4 opens into the chamber 5 of the flue gas scrubber 1.
  • the holder 7 for receiving the acid-proof heat exchanger 8 is arranged in the head region 6 of the chamber 5.
  • the acid-proof heat exchanger 8 is surrounded by the cleaning system 9.
  • the combined scrubber sump / acid collecting tray 3 is arranged in the lower area of the flue gas scrubber 1.
  • the laundry sump / acid collecting tray 3 is connected via line 10 to the spray levels 11 of the flue gas scrubber 1 and via line 12 to the cleaning system 9.
  • acid-proof heat exchangers 8 are arranged, so that flue gas cooling takes place by indirect heat transfer.
  • the cleaning system 9 is grouped around the heat exchanger segments for a discontinuous cleaning with suspension, which is brought in from the washing sump 3 via line 12. After leaving the heat exchanger 8, the flue gases flow through the spray levels 11, in which the final SO 2 washing takes place. The acids flowing off on the tubes of the heat exchanger 8 drip into the common laundry sump 3, which additionally serves as an acid collecting pan and as an acid neutralization basin. This arrangement helps due to the targeted continuous acid condensation and
  • the cleaned flue gases leaving the flue gas scrubber 1 are further cooled in an additional heat exchanger (not shown in the drawing) by preferably 10 K by preheating combustion air, as a result of which further flue gas energy can be converted into useful energies at higher temperatures and thus higher exergy.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken, wobei die Rauchgase in einem Rauchgaswäscher (1) gereinigt und in einen Kühlturm abgeleitet werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieinhalt von Rauchgasen kohlegefeuerter Kraftwerke im und unter dem Säuretaupunktbereich zu nutzen. Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die Rauchgase im Eintrittsbereich des Rauchgaswäschers durch den säurefesten Wärmetauscher (8) bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt, abtropfende Säuren vom Sumpf des Rauchgaswäschers aufgenommen sowie neutralisiert und die abgekühlten Rauchgase unmittelbar in die Waschzone eingeführt und ohne Wiedererwärmung in den Kühlturm abgeleitet werden.

Description

Verfahren und Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken, wobei die Rauchgase in einem Rauchgaswäscher gereinigt und in einen Kühlturm abgeleitet werden.
Bekannt ist eine Vorrichtung zur Energieverschiebung für eine Entschwefelungsanlage, bei der in den Rauchgasstrom vor dem Wäscher ein Wärmetauscher eingegliedert ist, welcher durch einen zwangsgeführten fluidisierten Wärmeträger mit einem hinter dem Wäscher in den Reingasström eingegliederten weiteren Wärmetauscher im Sinne eines Fluidaustauschers verbunden ist, wobei in den Rauchgasstrom zwischen einem Wärmetauscher und dem Wäscher sowie in den Reingasstrom zwischen dem Wäscher und einem weiteren Wärmetauscher jeweils ein auf einem niedrigeren Temperaturniveau arbeitender Wärmetauscher mit Schläuchen oder Rohren aus einem korrosionsfesten und antiadhäsiven Kunststoff eingegliedert ist und alle gasberührten Teile der Niedertemperatur-Wärmetauscher mit einem korrosionsfesten antiadhäsiven Kunststoff überzogen oder beschichtet sind (DE-PS 34 19 735). Die säurefesten Wärmetauscher aus "Teflon"-Rohrbündeln sind im Rauchgaskanal vor dem Wäscher angeordnet. Eine Rauchgaskühlung wird nur bis auf 130 °C vorgenommen, weshalb das Rauchgas vor der SO2-Einbindung im Wäscher nach wie vor gequencht werden muß. Eine bewußte Änderung des Wasserhaushaltes des Wäschers wird nicht erreicht.
Eine Gefährdung des Rauchgaskanals zwischen Wärmetauscher und Wäscher durch Säurekorrosion kann hierbei nicht ausgeschlossen werden. Für die abtropfenden Säuren (H2SO4, HCL, HF) muß im Bodenbereich der Wärmetauscher eine säurefeste Sammelwanne installiert werden, aus der die Säuren, verdünnt durch Abreinigungswasser, dem Wäschersumpf zwecks Neutralisation zugeführt werden.
Weiterhin bekannt ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Entstickung und Entschwefelung von heißen Abgasen, insbesondere aus Feuerungen, wobei ein Teil der im Rohgasstrom enthaltenen Wärme vor dem Kontakt mit einer Wärmenutzungsanlage dem Rohgasstrom unter Ausfällen von dampfförmiger Schwefelsäure entzogen und diese Wärme dem Reingasstrom vor dessen Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zugegeben wird (DE-OS 40 02 434).
Nach diesem Verfahren ist es auch möglich, die abgezogene Wärme dem Reingasstrom nach dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zuzuführen und einen weiteren Teil der im Rohgasstrom enthaltenen Wärme dem Rohgasstrom nach dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage unter Ausfällen von dampfförmiger Schwefelsäure zu entziehen und dem Reingasstrom vor dem Kontakt mit der Wärmenutzungsanlage zuzugeben. Damit erfolgt durch die Wärmeverschiebung eine Erwärmung des Reingases nach dem Wäscher.
Da die Entnahme der Wärme vor und nach der Rauchgasentschwefelung separat durchgeführt wird, entstehen analog zu DE-PS 34 19 735 die entsprechenden Nachteile.
Bekannt ist eine Lösung, bei der Wärme aus dem Rauchgas mit ebenfalls säurefesten Wärmetauschern entzogen und zur Luftvorwärmung verschoben wird, wobei der konventionelle Luftvorwärmer in seiner Kapazität entlastet und die an dieser Stelle frei werdende Rauchgasenergie als Nutzenergie in den Block zurückgeführt wird.
Bei allen vorgenannten Lösungen wird die Funktion der
Rauchgaskühlung im Säuretaupunktbereich realisiert, jedoch werden die Möglichkeiten einer anlagentechnischen Vereinfachung nicht genutzt. Ebenfalls bekannt ist ein Verfahren zur Nutzung des für den Betrieb einer Rauchgasentschwefelungsanlage nicht benötigten Wärmeüberschusses im Rauchgas, das vor der Entschwefelungsanlage einem Luftvorwärmer und einem Elektrofilter zugeführt wird, wobei die Luftvorwärmung auf zwei Luftvorwärmer aufgeteilt wird, die vor bzw. hinter dem Elektrofilter im Rauchgashauptstrom angeordnet werden und daß vor jedem Luftvorwärmer ein etwa dem Wärmeüberschuß entsprechender Teilstrom des Rauchgases zur Dampferzeugung abgezweigt wird.
Hierbei erfolgt eine Niederdruckdampferzeugung mit Speisung des Niederdruckdampfes in eine separate Sattdampftuxbine. Das Verfahren weist einen sehr hohen zusätzlichen Anlagenumfang auf.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Energieinhalt von Rauchgasen kohlegefeuerter Kraftwerke im und unter dem Säuretaupunktbereich zu nutzen.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Rauchgase im Eintrittsbereich des Rauchgaswäschers durch den säurefesten Wärmetauscher bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt, abtropfende Säuren vom Sumpf des Rauchgaswäschers aufgenommen sowie neutralisiert und die abgekühlten Rauchgase unmittelbar in die Waschzone eingeführt und ohne Wiedererwärmung in den Kühlturm abgeleitet werden.
Die Rauchgaskühlung erfolgt kontinuierlich bis in den zur SO2-Einbindung günstigsten Bereich von < 180 °C bis > 50 °C, vorzugsweise 60 °C. Der Wärmetauscher wird mit der ebenfalls zur Rauchgaswäsche verwendeten Suspension diskontinuierlich von Säure-Asche-Verunreinigungen gereinigt. Die dem Rauchgas entzogene Wärmeenergie wird zur Vorwärmung von Verbrennungsluft und/oder Maschinenkondensat und/oder Speisewasser mittels Wärmeverschiebung im Kraftwerksprozeß genutzt.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der an sich bekannte und mit einem AbreinigungsSystem versehene säurefeste Wärmetauscher im Rauchgaseintrittsbereich des Wäschers über einen kombinierten Wäschersumpf, der gleichfalls als Säureauffangwanne dient, angeordnet ist.
Diese Anordnung führt dazu, daß der Rauchgaskühler als säurefester Wärmetauscher und der Rauchgaswäscher anlagentechnisch eine Einheit bilden. Diese anlagentechnische Einheit verhilft zu einer Verkürzung des gesamten Rauchgastraktes und somit zu einer Reduzierung des umbauten Raumes. Durch die Einbindung der Rauchgasenergie dieses kritischen Temperaturbereichs in den Energieumwandlungsprozeß selbst, wird der Wirkungsgrad der Stromerzeugung weiter erhöht. Des weiteren wird durch die erfindungsgemäße Anwendung eine deutliche Reduzierung des Wasserbedarfes im Rauchgaswäscher erreicht, da ein zusätzliches Quenchen ganz oder teilweise entfällt. Eine Wiederaufheizung der gekühlten Rauchgase nach dem Rauchgaswäscher ist durch deren Einleitung in den Kühlturm nicht mehr notwendig.
Die Ausbildung einer separaten säurefesten Sammelwanne im Bodenbereich des Wärmetauschers entfällt durch dessen direkte Einbindung in den Wäschersumpf des Rauchgaswäschers. Damit wird eine unmittelbare Neutralisierung der abtropfenden Säuren im Bereich ihrer Entstehung erreicht. Zusätzliche säurebeständige Leitungen, Pumpen und Behälter sind nicht notwendig. Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Dabei zeigt
Fig. 1 - den Rauchgaswäscher mit integriertem Wärmeaustauscher im Schnitt
Der Rauchgaswäscher 1 weist in seinem unteren Bereich den Rauchgaseintritt 2 mit der Erweiterung 4 auf. Die Erweiterung 4 mündet in die Kammer 5 des Rauchgaswäschers 1. Im Kopfbereich 6 der Kammer 5 ist die Halterung 7 zur Aufnahme des säurefesten Wärmetauschers 8 angeordnet. Der säurefeste Wärmetauscher 8 wird vom AbreinigungsSystem 9 umgeben. Im unteren Bereich des Rauchgaswäschers 1 ist die kombinierte Wäschersumpf/Säureauffangwanne 3 angeordnet. Die Wäschersumpf/Säureauffangwanne 3 ist über die Leitung 10 mit den Sprühebenen 11 des Rauchgaswäschers 1 und über die Leitung 12 mit dem AbreinigungsSystem 9 verbunden. Unmittelbar nach dem Rauchgaseintritt 2 in den Rauchgaswäscher 1 sind säurefeste Wärmetauscher 8 angeordnet, so daß eine Rauchgaskühlung durch indirekte Wärmeübertragung erfolgt.
Um die Wärmetauschersegmente ist das AbreinigungsSystem 9 für eine diskontinuierliche Abreinigung mit Suspension, die über Leitung 12 aus dem Wäschersumpf 3 herangeführt wird, gruppiert. Nach Verlassen des Wärmetauschers 8 strömen die Rauchgase durch die Sprühebenen 11, in denen die abschließende Sθ2~Wäsche erfolgt. Die an den Rohren des Wärmetauschers 8 abfließenden Säuren tropfen in den gemeinsamen Wäschersumpf 3, der hierfür zusätzlich als Säureauffangwanne und als Säure-Neutralisationsbecken dient. Diese Anordnung verhilft infolge des gezielten kontinuierlichen Säurekondensations- und
Säureabzugsprozesses zu einer wesentlich reduzierten Aerosolbildung im Abschnitt der wäscherintegrierten Rauchgaskühlung. Die dem Rauchgaswäscher 1 verlassenden gereinigten Rauchgase werden in einem in der Zeichnung nicht dargestellten zusätzlichen Wärmetauscher weiter um vorzugsweise 10 K durch Vorwärmung von Verbrennungsluft gekühlt, wodurch weitere Rauchgasenergie bei höheren Temperaturen und damit höherer Exergie in Nutzenergien umgewandelt werden können.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen
1 Rauchgaswäscher
2 Rauchgaseintritt 3 Wäschersumpf/Säureauffangwanne
4 Erweiterung
5 Kammer
6 Kopbereich
7 Halterung 8 Wärmetauscher
9 AbreinigungsSystem
10 Leitung
11 Sprühebenen
12 Leitung

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken, wobei die Rauchgase mittels eines säurefesten Wärmetauschers bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt die gewonnene Wärme verlagert, die Rauchgase in einem Rauchgaswäscher entschwefelt sowie anschließend in einem Kühlturm abgeleitet werden, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß die Rauchgase im Eintrittsbereich des Rauchgaswäschers (1) durch den säurefesten Wärmetauscher (8) bis unterhalb des Säuretaupunktes abgekühlt, abtropfende Säuren vom Sumpf (3) des Rauchgaswäschers (1) aufgenommen sowie neutralisiert und die abgekühlten Rauchgase unmittelbar in die Waschzone eingeführt und ohne Wiedererwärmung in den Kühlturm abgeleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rauchgaskühlung kontinuierlich bis in den zur Sθ2-Einbindung günstigsten Bereich von 180 °C bis 50 °C, vorzugsweise 60 °C, durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (8) durch die gleichfalls zur nachfolgenden Rauchgaswäsche verwendete Suspension diskontinuierlich von Säure-Asche-Verunreinigungen gereinigt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die aus dem Rauchgas abgeführte Wärmeenergie zur Vorwärmung von Verbrennungsluft und/oder Maschinenkondensat und/oder Speisewasser mittels Wärmeverschiebung im Kraftwerksprozeß genutzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rauchgas nach Austritt aus dem Rauchgaswäscher (1) zusätzlich Wärme für die Verbrennungsluftvorwärmung entzogen wird.
6. Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken unter Verwendung eines säurefesten Wärmetauschers, wobei in einem von unten durch Rauchgase beströmten Rauchgaswäscher im oberen Bereich Sprühebenen und im unteren Bereich ein Wäschersumpf angeordnet ist und der Wäschersumpf über eine Leitung mit den Sprühebenen verbunden ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e , daß der an sich bekannte und mit einem Abreinigungssystem versehene säurefeste Wärmetauscher im Rauchgaseintrittsbereich (2) des Wäschers (1) über einen kombinierten Wäschersumpf (3), der gleichfalls als Säureauffangwanne dient, angeordnet ist.
7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (8) mit einem Luftvorwärmer und/oder einem Kondensatorwärmer und/oder einem Speisewasservorwär¬ mer zwecks Wärmeverschiebung verbunden ist.
8. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaswäscher (1) im Rauchgaseintrittsbereich (2) eine Kammer (6) zur Aufnahme des säurefesten Wärmetauschers (8) aufweist.
9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der säurefeste Wärmetauscher (8) aus Segmenten zusammengesetzt ist.
10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente einzeln senkrecht montierbar sind.
11. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Rauchgaswäscher (1) und vor dem Kühlturm ein zusätzlicher Wärmetauscher angeordnet ist.
PCT/EP1993/002685 1992-10-02 1993-10-01 Verfahren und anordnung zur energienutzung von rauchgasen in kohlegefeuerten kraftwerken WO1994008180A1 (de)

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DE4233685A DE4233685C2 (de) 1992-10-02 1992-10-02 Verfahren und Anordnung zur Energienutzung von Rauchgasen in kohlegefeuerten Kraftwerken
DEP4233685.6 1992-10-02

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